ES2275779T3

ES2275779T3 - Disposicion de punzones.

Info

Publication number: ES2275779T3
Application number: ES02012625T
Authority: ES
Inventors: Jiri Babej
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2007-06-16
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: US7131807B1; DE50013986D1; CA2378812C; ES2184718T3; DE10033149A1; KR20020037743A; EP1202834A1; JP2003504568A; WO2001003880A1; KR100637791B1; DE50000985D1; EP1202834B1; JP4679777B2; EP1249305A2; MXPA02000041A; AU6156600A; BR0012334B1; CA2378812A1; EP1249305A3; EP1249305B1

Abstract

Disposición de punzones (643; 843) para el empleo con un elemento funcional (610; 810) con una parte de vástago (614; 814) que presenta características de forma y una parte de cabeza (616; 816), con - una parte exterior (642; 842), y - un punzón interior (648; 848), que en relación a la parte exterior está dispuesto desplazable dentro de un conducto (886) del punzón de la parte exterior (642; 842) que presenta un eje longitudinal entre una posición de alojamiento para el elemento funcional (610; 810) y una posición de inserción para el elemento funcional (610; 810), pudiendo el elemento funcional en la posición de alojamiento ser introducido preferentemente desde el lado en el conducto (886) del punzón, caracterizada porque la parte exterior (842) está configurada como punzón exterior, porque en la posición de inserción la parte de cabeza (616; 816) del elemento funcional sobresale fuera de la disposición de punzones (643; 843), y porque están previstos al menos dos segmentos (904) soportados por el punzón exterior, precargados radialmente hacia dentro en dirección al eje longitudinal (624; 824''), que están diseñados para el acoplamiento con ajuste de forma en las características de forma de la parte de vástago (614; 814) del elemento funcional y en un lado interior (908) presentan características de forma, que mediante un movimiento radial apartándose del eje longitudinal permiten un movimiento de la parte de vástago del elemento funcional pasando por delante de las características de forma de los segmentos y que pueden moverse entre una posición abierta retirada de la parte de vástago (614; 814) del elemento funcional y una posición cerrada para la transmisión de fuerzas axiales prevista para unir el elemento funcional en acoplamiento con las características de forma de la parte de vástago (614; 814).

Description

Dispositivo de punzones.

El presente invento se refiere a una disposición de punzones según el preámbulo de la reivindicación 1 (documento EP-A-0686458), que puede emplearse para fijar un elemento funcional en una pieza de construcción.

Un elemento funcional es conocido por ejemplo por la Publicación de Patente alemana 34 47 006 y está realizado allí como espiga roscada, en la cual la parte de cabeza está provista de una sección tubular de punzonado y remachado, que está diseñada para el punzonado pasante de una pieza de chapa y para la configuración acto seguido de un reborde de remachado, por medio del cual el elemento es sujetado en la pieza de chapa. Entre la sección tubular de punzonado y remachado la parte de cabeza presenta una pestaña con una superficie anular que queda perpendicular al eje longitudinal del elemento, que tras la inserción del elemento en una pieza de chapa normalmente está dispuesta un poco por debajo del lado de la pieza de chapa que mira hacia la parte de vástago.

El botón de punzonado que se forma en el punzonado pasante de la pieza de chapa es empujado hacia dentro en la sección de punzonado y remachado y favorece con ello la unión remachada con la pieza de chapa. El documento DE-PS 34 47 006 describe también sin embargo elementos funcionales en forma de elementos de tuerca, en los cuales la parte de vástago debe entenderse como prolongación de la parte de cabeza y ésta está provista de una rosca interior. La parte de vástago sin embargo no tiene que estar configurada como rosca; entran en consideración muchas configuraciones, por ejemplo un perno de guía o una configuración en forma de pasador a la que por ejemplo pueden sujetarse alfombras por medio de abrazaderas adecuadas.

Semejantes elementos funcionales, es decir, los correspondientes al documento DE-PS 34 47 006 C2, han dado a lo largo de varios años los mejores resultados y posibilitan producir una unión de alta calidad entre el elemento y la pieza de chapa. Tales elementos son sin embargo relativamente costosos en la fabricación y requieren en parte el empleo de máquinas de recalcar en frío que trabajan de forma sumamente precisa, que para obtener la calidad deseada trabajan de forma proporcionalmente lenta. La necesidad de emplear máquinas de recalcar en frío relativamente costosas y la limitada velocidad de trabajo llevan a costes de producción proporcionalmente altos. Además para muchas aplicaciones sería más favorable que el peso de los elementos pudiera reducirse.

Sirve de base al presente invento el problema de presentar una disposición de punzones mejorada.

Para la solución de este problema se prevé una disposición de punzones según la reivindicación 1.

El invento es explicado detalladamente a continuación con ayuda de ejemplos de realización y con referencia al dibujo adjunto, en el cual las Figuras 1 a 13 así como las Figuras 15 a 17, 19 y 20 representan la fijación de un elemento funcional según la Patente primitiva (documento EP-B-1202834) y las Figuras 14 y 18 la disposición de punzones según el invento. En detalle muestran:

La Figura 1 una vista parcialmente seccionada en dirección longitudinal de un elemento funcional en forma de un elemento de espiga,

la Figura 2 la primera fase en la inserción del elemento funcional en una pieza de chapa,

la Figura 3 un estado intermedio en la inserción del elemento funcional en una pieza de chapa,

la Figura 4 el final del proceso de inserción antes de la apertura de la prensa o tenaza empleada para ello,

la Figura 5 una vista parcialmente seccionada de la pieza de construcción ensamblada terminada, es decir, el resultado tras la conclusión de la fase del proceso según la Figura 4,

la Figura 6 una representación de un elemento funcional con una parte de cabeza de mayor diámetro que el de la parte de vástago,

la Figura 7 el elemento de la Figura 6 en estado montado,

la Figura 8 una representación similar a la de la Figura 6, pero en la cual la parte de cabeza presenta un diámetro exterior menor que la parte de vástago,

la Figura 9 el elemento funcional de la Figura 8 en estado montado,

la Figura 10 una representación similar a la de la Figura 1, pero a una escala mayor y de un elemento hueco,

la Figura 11 una vista seccionada parcialmente en dirección longitudinal de otro elemento funcional según el invento en forma de un elemento de tuerca,

la Figura 12 el elemento de tuerca de la Figura 11 en estado montado,

la Figura 13 un elemento funcional seccionado parcialmente en dirección longitudinal, que está configurado como pasador para el alojamiento de una abrazadera elástica,

la Figura 14 en las Figuras 14B, 14C y 14D una cabeza de estampación modificada, que está diseñada para la inserción en una pieza de chapa del elemento tubular según la Figura 14A de manera que no sea de temer un dañado del cilindro roscado, mostrando la Figura 14E la pieza de construcción ensamblada terminada,

la Figura 15 otra forma de realización de un elemento según el invento similar al de la Figura 1, también aquí en una representación seccionada parcialmente en dirección axial, siendo empleado este elemento en la siguiente descripción de las matrices y técnica de proceso preferidas según el invento conforme a las Figuras 16 a 18,

la Figura 16A una sección axial de una matriz según el invento,

la Figura 16B una vista frontal de la matriz de la Figura 16A vista en la dirección de la flecha B,

la Figura 17 una sucesión de dibujos en la cual las Figuras 17A a 17H muestran el procedimiento preferido según el invento para fijar los elementos funcionales según el invento y empleando la matriz preferida según el invento, y en la cual la Figura 17I representa la pieza de construcción ensamblada terminada en forma parcialmente seccionada,

la Figura 18A hasta

la Figura 18C una configuración preferida de la disposición de punzones según el invento, que se emplea preferentemente en el procedimiento según la Figura 17,

la Figura 19 una vista parcialmente seccionada para explicar la fijación de un elemento según el invento en una pieza de construcción en forma de
sándwich, en la cual en el lado izquierdo del eje longitudinal central están mostrados el elemento y la pieza de construcción antes de la fijación del elemento y en el lado derecho del eje longitudinal central el elemento y la pieza de construcción después de la fijación del elemento, y

la Figura 20 una representación esquemática similar a la de la Figura 19, pero con una variedad modificada de la preparación de la chapa.

El elemento funcional 10 de la Figura 1 se compone de una parte de vástago 14 provista de una rosca exterior 12 y de una parte de cabeza hueca 16 con al menos en esencia el mismo diámetro exterior que el cilindro roscado de la parte de vástago 14.

Dentro de la parte de cabeza hueca 16 se encuentra un espacio hueco cilíndrico circular 18, que va desde el extremo frontal 20 de la parte de cabeza 16 que mira en sentido opuesto a la parte de vástago hasta inmediatamente por debajo del cilindro roscado y allí termina en una pared transversal 22. El espacio hueco 18 tiene aquí la forma de un taladro. La forma de la pared transversal 22 corresponde al fondo de un taladro practicado con una broca helicoidal, aunque el espacio hueco 18 y la pared transversal 22 no tienen que ser hechos indispensablemente con una broca helicoidal, aun cuando esto representa una posibilidad. El espacio hueco y la pared transversal podrían hacerse por ejemplo por medio de un procedimiento de recalcado en frío. El eje longitudinal del elemento funcional 10, que aquí está realizado como elemento de espiga, está designado con 24.

El elemento 10 está configurado en el extremo frontal 20 justamente como el correspondiente extremo frontal de la sección de punzonado y remachado del elemento funcional según el documento DE-PS 34 47 006 C2, es decir, presenta una superficie de corte interior 26 y un borde exterior de choque y de embutición 28 redondeado.

En la Figura 1 la superficie de corte 26 está configurada muy pequeña. En general sin embargo es configurada correspondiendo a la superficie de corte cónica 426 de la realización según la Figura 11.

Las Figuras 2, 3 y 4 muestran ahora tres estados diferentes durante la inserción del elemento funcional 10 según la Figura 1 en una pieza de chapa 30. El procedimiento de inserción se explica detalladamente más adelante con referencia a las Figuras 15-18, que representan en detalle la forma de realización actualmente preferida. La presente descripción debe servir como introducción para el lector experto en la materia.

Como se muestra en la Figura 2, la pieza de chapa 30 está apoyada por debajo sobre una matriz 32, que está provista de un cuello de punzón cilíndrico 34 dispuesto central, que está diseñado de acuerdo al cuello de punzón de la correspondiente matriz según el documento DE-PS 34 47 006 C2. Este cuello de punzón está rodeado por un rebaje anular redondeado 36, que en el extremo frontal 38 de la matriz que mira hacia la pieza de chapa 30 pasa a ser una concavidad anular 40 de mayor diámetro. En conjunto la matriz 32 es muy similar a la matriz 180 descrita en el documento DE-PS 34 47 006.

La matriz 32 se encuentra en un útil inferior de una prensa (no mostrado). La pieza de chapa es apretada contra el útil inferior o contra el extremo frontal 38 de la matriz 32 mediante un prensachapas por ejemplo tubular, que no está mostrado, pero está apretado dispuesto concéntrico con el punzón exterior cilíndrico 42 de la cabeza de estampación 44. Es decir, la pieza de chapa 30 es aprisionada por fuera de la concavidad anular 40. La parte de vástago del elemento funcional 10 se encuentra en el paso de guía cilíndrico 46 de la cabeza de estampación 44, mientras que la parte de cabeza 16 sobresale fuera del punzón exterior cilíndrico 42. Dentro del punzón exterior de forma tubular 42 y dispuesto concéntrico con él se encuentra un punzón interior 48, que presiona sobre el extremo frontal 29 de la parte de vástago 12. Aunque el punzón interior 48 puede ser retirado con respecto al punzón exterior para introducir los respectivos elementos funcionales, la posición relativa del punzón interior y exterior 48, 42 para las fases del procedimiento según las Figuras 2, 3 y 4 permanece constante. Lo mismo es válido también para los mecanismos a describir más adelante.

En el estado de la fase del procedimiento según la Figura 2 el extremo frontal 20 del elemento funcional bajo la presión del punzón interior 48 ha empujado hacia dentro la pieza de chapa en la concavidad anular 40 de la matriz 32 y ha embutido en la pieza de chapa 30 una concavidad plana, de forma aproximadamente cónica. En el estado de la Figura 2 el cuello de punzón 34 en cooperación con la superficie de corte 26 en el extremo frontal de la parte de cabeza 16 del elemento funcional 10 ha recortado de la pieza de chapa un botón de punzonado 50.

De la Figura 3 se desprende que la disposición de punzones 43 compuesta por el punzón interior 48 y el punzón exterior 42 ha continuado el desplazamiento hacia abajo, con lo cual la zona extrema libre de la parte de cabeza hueca del elemento 10, debido al rebaje anular redondeado o superficie de arrollamiento 36 en la matriz, ha sido conformada alrededor del borde de la perforación de la pieza de chapa embutido hacia abajo, formando un reborde de remachado circular 37. El agujero en la pieza de chapa presenta en este estado del procedimiento una zona de borde que se asemeja a la boca de una trompeta.

En el posterior transcurso del movimiento en común dirigido hacia abajo del punzón interior 48 y del punzón exterior 42 la pared cilíndrica de la parte de cabeza 16 en la zona inmediatamente por debajo de la parte de vástago 14 es recalcada de manera que se forma un plegado anular 52, como se desprende de la Figura 4. Las fuerzas a las que está sometido el elemento por una parte debido a la guía mediante el punzón exterior 42 y por otra parte por el borde de la perforación y el botón de punzonado aseguran que la deformación se desarrolle como se muestra en la Figura 4.

Se observa por las Figuras 2 y 3 que el punzón exterior 42 presenta en su extremo frontal 54 un resalte anular 56 con una superficie frontal que se extiende perpendicular al eje longitudinal 24 del elemento funcional. Este resalte anular 56, que no es forzosamente necesario, en el estado del procedimiento según la Figura 4 presiona sobre el plegado anular y asegura que aquí se produzca una plegadura acuñada, de manera que el material de la pared de la parte de cabeza se pliega en forma de horquilla, es decir, en 180º, y las dos capas del material así formadas están situadas apretadamente una contra otra. Además el resalte anular asegura que la superficie anular 57 del plegado anular así formada esté situada un poco por debajo del plano de la pieza de chapa 30. La pestaña anular 52 así formada tiene ahora la función de una brida, que en el caso de los elementos hasta ahora conocidos ya existía en el estado inicial del elemento. Mediante el resalte anular 56 se asegura además que el paquete de material en la zona de la unión con ajuste de forma de la parte de cabeza hueca 16 del elemento funcional 10 con la pieza de chapa 30 sea recalcado en dirección axial y por lo tanto esté realizado sumamente estable y rígido. Dado el caso el resalte anular 56 puede ser provisto de características de conformado, que por una parte den lugar a una disposición de enganche seleccionada, favorable a la seguridad contra el giro, entre la pieza de chapa 30 y la parte de cabeza hueca 16, y por otra parte también puede ser realizado de manera que por ejemplo se produzcan resaltes en la superficie anular superior del plegado anular 52 en la Figura 4 y en la Figura 5, los cuales proporcionan un contacto eléctrico de alta calidad por ejemplo si el elemento funcional se utiliza como elemento de conexión a masa. Alternativa o complementariamente a este tipo de la realización de la seguridad contra el giro el elemento puede ser pegado con la pieza de chapa por medio de un adhesivo. Por ejemplo el elemento funcional 10 puede ser revestido en la zona de la parte de cabeza 16 con un adhesivo en seco, que sólo se active bajo presión durante la fijación del elemento funcional en la pieza de chapa.

En el estado de la Figura 4 la inserción del elemento funcional 10 en la pieza de chapa 30 está terminada. La prensa se abre y la pieza de construcción ensamblada así producida presenta entonces la forma que se desprende de la Figura 5.

En esta descripción se parte por el momento de que en el caso de la matriz 32 se trata de una matriz que está dispuesta en el útil inferior de una prensa. En este caso la cabeza de estampación 44 se sujeta o en el útil superior de la prensa o sobre una placa intermedia de la prensa. La matriz 32 puede sin embargo asimismo disponerse sobre la placa intermedia y entonces trabajar en cooperación con una cabeza de estampación que esté dispuesta en el útil inferior o superior de la prensa. Igualmente es posible colocar la matriz 32 en la placa superior del útil y montar la cabeza de estampación en una placa intermedia o en el útil inferior de la prensa. Además la cabeza de estampación 44 y la matriz 32 pueden ser comprimidas una sobre otra por un robot o llevadas a juntarse mediante otros dispositivos.

Las otras Figuras 6 a 13 muestran ahora distintas variaciones posibles del elemento funcional según el invento y se describen detalladamente a continuación. En todos los ejemplos siguientes se emplean los mismos signos de referencia que para la realización según las Figuras 1 a 5, pero aumentados sucesivamente en el número cardinal 100 para cada forma de realización, para proporcionar una identificación clara. Se entiende sin embargo que las características que están marcadas con las mismas dos cifras finales tienen siempre la misma función que en el caso del ejemplo de realización según las Figuras 1 a 5 o una función correspondiente. Tales características se describen entonces por separado sólo cuando una configuración diferente tiene una importancia particular.

La Figura 6 muestra que no es forzosamente necesario que la parte de cabeza 116 del elemento funcional 110 presente el mismo diámetro que la parte de vástago 114. En la Figura 6 la parte de cabeza hueca 116 presenta un diámetro mayor que el de la parte de vástago 114. Tampoco aquí el elemento funcional 110 en el estado inicial dispone de una propia pestaña. La pestaña más bien se forma sólo durante la inserción del elemento funcional 110 en una pieza de chapa, como se describe en relación con la primera forma de realización según las Figuras 1 a 5 y se representa en la Figura 7.

La Figura 7 muestra ahora el elemento funcional 110 de la Figura 6 en estado montado. Es aquí evidente sin más que el plegado anular 152 forma una pestaña, como en la realización según la Figura 5.

En la forma de realización según la Figura 8 la parte de cabeza 216 presenta un diámetro exterior menor que el diámetro exterior del cilindro roscado de la parte de vástago 214 del elemento funcional 210. También con una configuración semejante falta de momento en el elemento funcional 210 una pestaña que se apoye sobre la pieza de chapa. Sin embargo se forma una pestaña durante la inserción del elemento funcional en una pieza de chapa mediante el recalcado de la parte de cabeza hueca 216 formando un plegado anular o una plegadura anular 252, como se desprende de la Figura 9.

La Figura 10 muestra ahora que el elemento funcional 310 también puede ser configurado de forma tubular. El elemento funcional 310 de la Figura 10 está precisamente configurado de manera que la parte de vástago 314 también es hueca. Un elemento funcional semejante tiene la particular ventaja de que puede fabricarse sin más a partir de un perfil tubular, pudiendo efectuarse sin más el ensanchamiento del taladro B del tubo en la zona del espacio hueco 318, mostrado en la Figura 10, por ejemplo o en el recalcado en frío o en un proceso de conformado por alta presión dentro de un molde exterior adecuado. La rosca exterior 312 del elemento funcional 310 de la Figura 10 puede ser elaborada, como en los otros ejemplos anteriores, mediante un proceso de laminación, pero también puede ser elaborada asimismo mediante un proceso de conformado por alta presión dentro de un molde. Esto es posible debido a la utilización de un perfil tubular o secciones de un perfil tubular como material de partida, puesto que la alta presión interna necesaria puede ser introducida sin más a través del espacio interior hueco continuo del tubo en todas las zonas longitudinales del tubo o en una longitud de tubo correspondiente a la longitud del elemento funcional.

En el estado montado en una pieza de chapa la unión con ajuste de forma de la parte de cabeza 316 con la pieza de chapa corresponde a la precedente configuración según la figura 5.

La Figura 11 muestra otra variante de realización similar a la forma de realización según la Figura 10, pero aquí el elemento es provisto de una rosca interior 412.

La Figura 12 muestra el estado montado del elemento funcional según la Figura 11. Se observa que la parte de cabeza hueca 416 es deformada justamente como en las formas de realización precedentes, con la diferencia de que aquí la superficie anular superior 457 del plegado anular 452 está situada un poco por arriba de la pieza de chapa. Esto sin embargo no es forzosamente necesario. La correspondiente superficie podría ser dispuesta justamente por debajo del plano de la pieza de chapa 430 o a la misma altura que el plano de la pieza de chapa.

También se observa en la Figura 12 que el botón de punzonado 450 cierra el paso central del elemento funcional hueco 410 en la zona del reborde de remachado 437, de manera que en este punto se produce un cierre hermético. Sin embargo el botón de punzonado también puede ser retirado.

La realización según la Figura 12 tiene entonces la particular ventaja de que un elemento de espiga (no mostrado) que venga desde abajo puede ser atornillado en el elemento funcional 410. De esa manera el plegado anular y el reborde de remachado así como el material de la pieza de chapa 430 sujetado entre ellos al apretar la espiga son acoplados unos contra otros todavía más rígidamente, con lo cual la gran superficie de apoyo 480 del plegado anular forma una unión muy estable. Para el caso de que el elemento funcional 410 tenga que emplearse con una espiga semejante el botón de punzonado 450 es empujado hacia dentro por ejemplo por medio de un punzón previo en un paso central de la matriz y retirado. La eliminación de un botón de punzonado semejante de esta manera es conocida de por sí. El punzón perforador precedente se utiliza en tales casos para la perforación previa de la pieza de chapa. La matriz está entonces configurada en forma de por sí conocida de manera que únicamente el extremo libre de la parte de cabeza hueca se deforma sobre la correspondientemente deformada pieza de chapa. Es decir, la matriz en lugar de con un cuello de punzón como el 34 en la Figura 2 está configurada provista de un agujero central. El botón puede sin embargo también ser expulsado en una operación subsiguiente, si el elemento es insertado como se representa en la Figura 2.

La Figura 13 muestra un elemento funcional 510 que asimismo está configurado tubular, pero que no presenta ninguna rosca. En su lugar el elemento funcional 510 presenta una acanaladura circular 560 que está pensada para el alojamiento de una abrazadera elástica (no mostrada). Se observa también que el extremo frontal libre 529 del elemento funcional 510 de la Figura 13 está configurado cónico. La correspondiente abrazadera elástica puede ser empujada hacia abajo sobre esta superficie cónica y a continuación introducirse por resorte en la acanaladura 560.

El elemento funcional 510 de la Figura 13 puede ser insertado en ésta o en una forma ligeramente modificada (por ejemplo sin acanaladura circular 560) en una pieza de chapa y ser empleado como pasador o como perno cilíndrico. También podría utilizarse con un tornillo formador de rosca, que al ser roscado en la pieza de construcción ensamblada terminada en la parte de vástago hueca 514 del elemento funcional 510 forma o corta una rosca por sí mismo. En los ejemplos de realización de las Figuras 10, 11, 12 y 13 la parte de cabeza hueca 316, 416, 516 puede tener sin más un diámetro mayor o menor que el diámetro exterior de la correspondiente parte de vástago 314, 414, 514.

En el caso de los ejemplos de realización con una parte de vástago hueca el punzón interior 48 puede dado el caso introducirse en el espacio interior hueco de la parte de vástago, para estabilizar el elemento funcional durante el proceso de recalcado. Esta forma de proceder, que por lo demás influye ventajosamente en la configuración de la plegadura anular, está mostrada en la Figura 14 en los dibujos 14B, 14C y 14D. Para este fin el punzón interior 648 presenta un saliente 649 en forma de espiga con un diámetro correspondiente al diámetro interior 651 de la parte de vástago hueca 614, pasando el saliente 649 a la parte superior del punzón interior a través de un talón anular 653, que presiona sobre el extremo frontal anular 629 de la parte de vástago.

El punzón exterior 642 de la disposición de punzones 643 según las Figuras 14B a 14D puede ser provisto de un taladro cilíndrico circular, cuyo diámetro corresponde al diámetro de la rosca exterior 612 de la parte de vástago 614, por ejemplo como se representa en las Figuras 14C y 14D.

A pesar del saliente 649 en forma de espiga del punzón interior 648 eventualmente podría suceder sin embargo con una disposición semejante que el cilindro roscado resultara dañado y/o que el cilindro roscado resultara recalcado. La Figura 14B indica con las dobles flechas 655 un posible remedio. Este remedio consiste en que el punzón exterior 642 se subdivide en al menos dos segmentos, que correspondiendo a las dobles flechas 655 pueden moverse radialmente apartándose del elemento 610 a la posición 658, en la que no impiden la introducción del elemento 610 a través del conducto 646 del punzón de la cabeza de estampación. Estos segmentos, de los cuales puede haber dos, tres o más y que entonces presentan una correspondiente extensión angular (por ejemplo 180º, 120º etc.), en sus lados radiales interiores pueden ser provistos de una forma 659 que se adapta al cilindro roscado 612, de manera que en caso de un movimiento de cierre de los segmentos del punzón exterior en dirección radial al eje longitudinal 624 con respecto a los segmentos roscados de la correspondiente rosca 659 encajan en los pasos de rosca del cilindro roscado 612 y de esa manera por una parte sirven para la transmisión de fuerzas axiales sobre el elemento 610 y por otra parte impiden que tenga lugar un recalcado o dañado del cilindro roscado 612. Para este fin la configuración de los segmentos roscados 659 está elegida complementaria con respecto a la del cilindro roscado 612.

Tras la fijación del elemento según la Figura 14D los segmentos del punzón exterior 642 se mueven de nuevo separándose unos de otros, es decir, en dirección radial hacia fuera apartándose del eje longitudinal 624, a fin de que el punzón exterior 642 pueda desplazarse hacia arriba para la extracción de la pieza de construcción ensamblada terminada según la Figura 14E, sin que de esa manera el cilindro roscado resulte dañado.

El concepto del movimiento radial de segmentos del punzón exterior 642 se describe en detalle más adelante con ayuda de un ejemplo de realización preferido según la Figura 18.

La Figura 15 muestra ahora un elemento funcional 710, que es muy similar al elemento funcional 10 de la Figura 1 y en principio sólo se diferencia de éste porque el fondo del espacio hueco 718, que forma la pared transversal 722, aquí en lugar de cónico está configurado sólo ligeramente cóncavo y se extiende en esencia perpendicular al eje longitudinal 724 del elemento 710 y a través de un amplio radio 723 pasa a la pared cilíndrica interior de la parte de cabeza 716 del elemento hueco 710. Esta configuración del fondo que forma la pared transversal 722 no es por cierto forzosamente necesaria, pero en un ejemplo práctico da lugar a un apoyo cualitativamente de alta calidad de la parte de vástago, lo que contribuye a la estabilidad de la unión.

Las Figuras 16A y 16B muestran la matriz que se emplea preferentemente para colocar el elemento funcional 710 de la Figura 15. Esta matriz 732 es por cierto similar a la matriz según la Figura 2, pero presenta ciertas diferencias. El cuello de punzón 734 precisamente en este ejemplo de realización se prolonga axialmente hacia arriba en la dirección del eje longitudinal 724, de manera que el lado frontal plano 735 del cuello de punzón 734 sobresale un poco por encima del lado frontal 733 de la matriz.

Esta configuración ofrece la ventaja de que el elemento funcional en efecto se realiza además con una superficie de corte cónica 726, pero el lado frontal 720 de la parte de cabeza 716 está configurado simplemente como superficie anular, que es perpendicular al eje longitudinal 724 y no está redondeada como por ejemplo en el caso del redondeo 28 en la Figura 1. De esa manera se ahorra una fase de fabricación al fabricar el elemento funcional. La concavidad anular 740 de la matriz 732 está en principio configurada similar a la concavidad anular 40 de la matriz 32 según la Figura 2, pero está redondeada de forma convexa en la transición al lado frontal 733, como se muestra en 737. Además en esta transición redondeada 737 están practicadas varias ranuras 739 dispuestas inclinadas
- en este ejemplo de realización ocho de tales ranuras, como se representa en la Figura 16B - de manera que respectivamente entre dos ranuras adyacentes 739 están configurados resaltes 741 que se extienden radialmente.

Las ranuras 739 en sección transversal son al menos en esencia semicirculares y están bien redondeadas como también los resaltes 741 situados entre ellas, de manera que en efecto deforman la pieza de chapa, pero no la dañan. Estas ranuras 739 y resaltes 741 sirven para el aumento de la seguridad contra el giro del elemento con respecto a la pieza de chapa.

Las Figuras 17A hasta 17H muestran ahora la matriz 732 según la Figura 16, que se emplea para fijar el elemento funcional 710 en una pieza de chapa 730 con ayuda de una disposición de punzones 743.

La matriz 732 se encuentra aquí en un taladro 760 de un útil inferior 762 de una prensa, cuyo lado superior 764 está dispuesto enrasado con el lado frontal 733 de la matriz. En el útil inferior 762 se encuentran varios empujadores 768 precargados hacia arriba mediante muelles 766, que apoyan a la pieza de chapa 730 en la introducción en la prensa, pero que debido a la fuerza ejercida por un prensachapas 770 al cerrarse la prensa pueden ser empujados hacia abajo, de manera que la pieza de chapa 730 viene a apoyarse en el lado frontal 733 de la matriz 732 y en el lado superior 764 del útil inferior en la zona de la matriz y allí es sujetada fija entre el prensachapas 770 y la matriz 732 o el útil inferior 762.

Pueden preverse por ejemplo tres de tales empujadores 768 precargados por resorte, que por ejemplo estén dispuestos a distancias angulares regulares alrededor del eje longitudinal central de la matriz 732, siendo visible sólo un empujador 768 debido al dibujo en sección. El eje longitudinal central de la matriz es a la vez el eje longitudinal central 724 del elemento funcional 710, es decir, está alineado con él.

El prensachapas 770 está también apretado inicialmente en dirección a la pieza de chapa 730 y precisamente mediante muelles 772, que aquí - como el muelle 766 - están diseñados esquemáticamente como muelle helicoidal de compresión, aunque también entran en consideración otros tipos de muelle, que en la construcción de útiles son muy bien conocidos. El prensachapas 770 puede pertenecer a una cabeza de estampación que presenta la disposición de punzones 743 o a un útil de la prensa al que está adosada la cabeza de estampación. Los muelles 772 se apoyan por consiguiente en sus extremos superiores en la cabeza de estampación o en el útil.

En este ejemplo se disponen asimismo tres muelles 772 a distancias angulares regulares alrededor del eje longitudinal central 724, de manera que bajo la fuerza de estos muelles el prensachapas 770 es empujado regularmente hacia abajo.

La Figura 17A muestra el estado después de que la pieza de chapa 730 haya sido introducida en la prensa y haya comenzado el movimiento de cierre de la prensa y precisamente justo hasta el punto en que el prensachapas 770 se apoya sobre el lado superior de la pieza de chapa y sujeta ligeramente la pieza de chapa entre sí y los empujadores 768.

La disposición de punzones 743 se compone aquí también de un punzón exterior 742 y un punzón interior 748, presionando el lado frontal inferior 774 del punzón interior 748 sobre el lado frontal superior 729 del elemento funcional 710. Se observa que la parte de cabeza 716 del elemento funcional 710 sobresale al menos en esencia totalmente fuera del punzón exterior 742, estando situada la pared transversal 722 que forma el fondo sólo un poco por encima del lado frontal inferior 776 del punzón exterior 742. La parte de vástago 714 del elemento funcional 710 se encuentra por el contrario totalmente dentro del punzón exterior 742.

Se puede suponer en el caso de esta representación que el útil inferior 762 representa el útil inferior de una prensa, mientras que la cabeza de estampación está fijada en el útil superior de la prensa o sobre una placa intermedia. También se puede pensar en otras disposiciones, que se explicaron al final de la descripción de la Figura 5.

Durante el ulterior cierre de la prensa el prensachapas 770 precargado por resorte es comprimido tan fuertemente contra la pieza de chapa 730 que ésta empuja hacia abajo a los empujadores 768 precargados por resorte, hasta que la pieza de chapa 730 ahora está sujetada fija fuertemente entre el prensachapas 770 y el útil inferior 762 o el lado frontal 733 de la matriz. En este ejemplo no está previsto un movimiento amplio dirigido hacia abajo del prensachapas 770. El útil superior de la prensa o la placa intermedia de la prensa pueden sin embargo moverse adicionalmente hacia abajo en correspondencia con el ulterior movimiento de cierre de la prensa, por lo que los muelles helicoidales de compresión 772 se comprimen aún más, sin que el prensachapas 770 modifique su posición.

En este movimiento ulterior de cierre de la prensa el punzón exterior 742 con el punzón interior 748 es presionado también hacia abajo en el estado de la Figura 17B hasta el punto que el extremo frontal inferior 720 del elemento funcional 710 en cooperación con el cuello de punzón 734 de la matriz 732 justamente ha separado hacia fuera de la pieza de chapa 730 un botón de punzonado 750.

Se observa que el diámetro interior de la parte de cabeza 716, es decir, el diámetro del espacio hueco 18, es sólo un poco mayor que el diámetro exterior del cuello de punzón 734. Se observa además que el extremo frontal inferior 720 del elemento funcional 710 bajo la presión del punzón 748 ha empujado hacia dentro en el rebaje anular 740 de la matriz 732 a la zona de borde 778 de la perforación de la pieza de chapa 730 producida por el corte hacia fuera del botón de punzonado 750, de manera que esta zona de borde 778 forma una concavidad cónica en la pieza de chapa 730.

En el movimiento ulterior de cierre de la prensa según la Figura 17C la zona de borde 778 del agujero producido por el corte hacia fuera del botón de punzonado 750 es empujada aún más hacia dentro en el rebaje anular 736, con lo cual el extremo frontal 720 del elemento funcional 710 ha alcanzado justamente la zona de fondo en forma de U del rebaje anular 736 y justamente está a punto de ser deformado radialmente hacia fuera debido a la forma de esta zona de fondo.

Esta deformación continúa luego durante el ulterior cierre de la prensa según la Figura 17D, de manera que el extremo frontal 720 ahora es arrollado en forma anular hacia fuera y encaja alrededor del extremo inferior de la zona de borde 778, por lo que el reborde de remachado está ahora en vías de formación. Durante este movimiento ulterior de cierre de la prensa el botón de punzonado 750 continúa siempre siendo desplazado axialmente hacia dentro de la parte de cabeza 716 del elemento funcional 710. En el ulterior movimiento de cierre de la prensa, en el estado de la Figura 17E, la pared cilíndrica de la parte de cabeza 716, en la zona por dentro y por encima de la zona de borde 778 de la pieza de chapa 730 y por debajo de la transición en la parte de vástago 14, empieza ahora a ensancharse radialmente hacia fuera, de manera que la pared de la parte de cabeza en la zona del lado frontal 735 del cuello de punzón 734 comienza a retirarse de éste en dirección radial. El botón de punzonado 750 es desplazado aún más en dirección a la parte de vástago 14 del elemento funcional 710.

En un ulterior movimiento de cierre de la prensa se alcanza el estado según la Figura 17F, del cual es visible que en la pared de la parte de cabeza 716 del elemento funcional 710 inmediatamente adyacente al resalte de punzón 756 se ha producido un marcado pliegue 782.

En el ulterior movimiento de cierre de la prensa la zona de la pared de la parte de cabeza 16 del elemento funcional 10 por debajo del punto de pliegue 782 es configurada ahora en forma de una plegadura anular o de un abombamiento anular 752. El lado frontal 754 del punzón exterior 742 presiona ahora sobre el lado superior de la pieza de chapa 730. El resalte de punzón 756 ha comprimido ahora en forma plana el lado superior del plegado anular 752, de manera que esta superficie está dispuesta un poco por debajo del plano del lado superior de la pieza de chapa 730 y por lo demás queda perpendicular al eje longitudinal 724. El botón de punzonado 750 está ahora tocando directamente en el extremo del espacio hueco 718 de la parte de cabeza 16 del elemento funcional 10 y apoya desde dentro a la plegadura anular 752. En el estado del dibujo según la Figura 17G la prensa está ahora totalmente cerrada. La inserción del elemento funcional 710 en la pieza de chapa 730 está ahora concluida.

Mediante el aplastamiento del plegado anular por medio del resalte de punzón 756 el material de la chapa y el material de la parte de cabeza 16 del elemento funcional 10 se deforman en la zona de las ranuras 739 y de los resaltes 741 de la matriz 732, de manera que aquí el material de la chapa queda enganchado con el material del elemento funcional, por lo que se produce un aseguramiento contra el giro de alta calidad.

La prensa empieza ahora a abrirse, como se muestra en la Figura 17H. Por ello los empujadores 768 empujan la pieza de chapa con el elemento funcional colocado alejándola del útil inferior 762 y levantan la pieza de chapa con el elemento funcional colocado fuera de la matriz 732. El ulterior movimiento de apertura de la prensa lleva luego a que la parte de vástago 714 del elemento funcional 710 se retire fuera del punzón 742. La pieza de chapa con el elemento funcional colocado en ella puede ahora ser retirada fuera de la prensa y se muestra como se detalla en la representación según la Figura 17I.

Se observa que durante el movimiento completo de cierre de la prensa desde el estado de la Figura 17A hasta el de la Figura 17G e incluso también el de la Figura 17H el punzón interior 748 y el punzón exterior 742 se mueven de forma sincrónica uno con otro. Esto puede conseguirse por ejemplo porque el punzón interior 748 presenta por encima del punzón exterior 742 una parte de cabeza de mayor diámetro que entra en contacto con el punzón exterior 742, de manera que entonces está impedido un movimiento relativo de estas dos piezas hacia abajo. Pero sin embargo el punzón interior 748 debe poderse mover ulteriormente hacia arriba con respecto al punzón exterior 742, para posibilitar la introducción del elemento funcional 710 en el conducto del punzón exterior 742.

La Figura 18 muestra en detalle una posible disposición de punzones 843, que puede emplearse con ventaja en lugar de la disposición de punzones 743 según la Figura 17.

El punzón exterior 842 está provisto de un taladro interior 886, que está dispuesto coaxial con respecto al eje longitudinal 824' y aloja desplazable al punzón interior 848. En el lado derecho del dibujo en sección según la Figura 18A está mostrado un paso de alimentación 888, a través del cual los elementos funcionales 810 pueden ser introducidos por un mecanismo de alimentación (no mostrado) en el conducto del punzón formado por el taladro 886. Aunque los elementos funcionales 810 mostrados en la Figura 18A presentan aproximadamente la forma de los elementos funcionales 10 según la Figura 1, en los cuales el fondo de la pared transversal está configurado cónico, en principio se toman en consideración todos los elementos funcionales descritos hasta ahora, sobre todo los elementos funcionales 710 según las Figuras 15 y respectivamente 17. Se observa que los ejes longitudinales 824 de los elementos funcionales individuales quedan paralelos al eje longitudinal 824' del conducto 886 del punzón y que los elementos funcionales individuales están en fila unos con otros tocándose entre sí. Sin embargo, debido a la dimensión del conducto 886 del punzón, sólo puede encontrarse respectivamente un elemento funcional 810 en el conducto 886 del punzón.

Durante la apertura de la prensa el punzón exterior 842 se desplaza hacia abajo con respecto al punzón interior 848, normalmente bajo la presión de un muelle adecuado, y precisamente hasta que el lado frontal 874 del punzón interior 848 llega aproximadamente a la altura del límite superior del paso de alimentación 888, de manera que un elemento funcional 810 puede ser introducido en el conducto 886 del punzón mediante presión en dirección de la flecha 890.

El punzón exterior 842 en esta forma de realización está configurado de varias piezas y se compone de una parte anular inferior 892 que por medio de tornillos no representados está fijada a una parte superior 894. La parte inferior 892 tiene una abertura central 895 con una pared anular cilíndrica circular 896, que pasa a una zona cónica 898. Tanto la zona cilíndrica circular 896 como la zona cónica 898 están dispuestas concéntricas con respecto al eje longitudinal 824'. La parte superior 894 del punzón exterior 842 está provista de una concavidad cónica 900, que a través de un talón anular 902 pasa al conducto 886 del punzón. También la zona cónica 900 y el talón anular 902 están dispuestos concéntricos con respecto al eje longitudinal 824' de la disposición de punzones.

En la zona entre la parte superior 894 y la parte inferior 892 de la disposición de punzones 843 se encuentran en este ejemplo tres segmentos 904, que están dispuestos a distancias angulares regulares alrededor del eje longitudinal central 824'. Los tres segmentos 904, de los cuales en la Figura 18 sólo son visibles dos, forman en conjunto un alojamiento 905 dispuesto coaxial con respecto al eje longitudinal 824' para un respectivo elemento funcional 810. Las superficies inferiores 908 de los segmentos 904 dirigidas radialmente hacia dentro están configuradas como segmento de un cilindro roscado, que está realizado complementario con respecto al cilindro roscado 812 de la parte de vástago 814 del elemento funcional 810. Las superficies superiores 912 de los segmentos 904 dirigidas radialmente hacia dentro forman en conjunto un paso 913 de un diámetro que es algo menor que el diámetro exterior de la parte de cabeza 816 de los respectivos elementos funcionales 810. Las superficies radiales exteriores 914 de los segmentos 904 están configuradas como superficies parcialmente cónicas, que son complementarias con respecto a la superficie cónica 900 de la correspondiente concavidad de la parte superior 894 del punzón exterior 842. Las superficies radiales superiores 916 de los segmentos 904 están configuradas complementarias con respecto al talón anular 902, de manera que en la posición según la Figura 18A las superficies parcialmente cónicas 914 de los segmentos 904 y las superficies parcialmente circulares 916 hacen buen asiento en las respectivamente opuestas superficies del punzón exterior 842, es decir, en la superficie de la concavidad cónica 900 y en el talón anular 902.

En esta posición el paso 913, que está formado por los segmentos 904, está configurado de manera que en diámetro es más pequeño que el diámetro exterior de la parte de cabeza 16 del elemento funcional 810. Por lo tanto el respectivo elemento funcional 810 no puede por el momento caer por entre los segmentos, sino que se apoya en el extremo superior de los segmentos 904, como se muestra en la Figura 18A.

La zona superior de los respectivos segmentos 904 a través de una superficie parcialmente cónica 920 pasa a una parte de pared 922 parcialmente cilíndrica. Las superficies parcialmente cónicas 920 de los segmentos 904, en la posición según la Figura 18A, están situadas frente a la superficie cónica 898 de la parte inferior 892 de la disposición de punzones 843 y presentan una distancia desde ésta. Las superficies parcialmente cilíndricas 922 de los segmentos 904 quedan frente a la superficie parcialmente cilíndrica 896 de la parte inferior 892 de la disposición de punzones 843 y presentan desde ésta respectivamente una distancia radial.

Para tener la seguridad de que los segmentos 904 retornan siempre a la posición inicial según la Figura 18A, están previstos empujadores 928 precargados mediante muelles 926, cuyos ejes 930 están inclinados con respecto al eje longitudinal 824' de la disposición de punzones 843 y son perpendiculares a la superficie cónica 898 de la parte inferior 892 de la disposición de punzones 843. Debido a la precarga de los muelles los empujadores 928 son presionados contra las superficies parcialmente cónicas 920 de los segmentos 904 que están directamente en contacto con ellos, de manera que con la prensa abierta aquellos toman siempre la posición que se muestra en la Figura 18A. La precarga de los muelles no es muy fuerte.

Si ahora se cierra la prensa, el punzón interior 848 es empujado hacia abajo con respecto al punzón exterior y empuja con ello el respectivo elemento funcional 810 que se encuentra en el conducto 886 del punzón contra el lado frontal superior de los segmentos 904. Debido a la entrada inclinada hacia el paso 913 y a la correspondiente superficie exterior en declive en la zona del lado frontal inferior 820 del respectivo elemento funcional 810, la fuerza ejercida sobre el punzón interior 848 es suficiente para empujar los segmentos hacia abajo en la dirección axial 824' y radialmente hacia fuera, de manera que empujan a los pasadores 928 hacia abajo hasta que las superficies parcialmente cónicas 920 entran en contacto con la superficie cónica 898 de la parte inferior 892 del punzón exterior 842.

Mediante el movimiento de los segmentos 904 dirigido radialmente hacia fuera se hace mayor el diámetro interior del paso 913 limitado por estos segmentos, de manera que el respectivo elemento funcional que se encuentra en el conducto 886 del punzón, bajo la fuerza del punzón interior 848, es empujado hacia dentro en el paso entre los segmentos 904. Un estado intermedio de este movimiento está mostrado en la Figura 18B y este movimiento prosigue a continuación, hasta que la parte superior de vástago 814 del respectivo elemento funcional 810 provista de una rosca exterior 812 se encuentra en la zona inferior de los segmentos 904, moviéndose éstos entonces radialmente hacia adentro y hacia arriba bajo la fuerza de los muelles 926 que precargan a los pasadores 928, hasta que los segmentos roscados sobre las superficies inferiores dirigidas radialmente hacia dentro de los segmentos 904 encajan con ajuste de forma en el cilindro roscado 812 del elemento funcional 810. Esta situación está representada en la Figura 18C y se observa que la sección delantera del punzón interior 848, que presenta un diámetro exterior menor que el de la parte superior del punzón interior 848, está dispuesta con ajuste de forma dentro del paso 913 formado por los segmentos 904, lo que favorece el centrado. El elemento funcional 810 en la Figura 18C ha alcanzado ahora una posición que es comparable con la posición según la Figura 17A y el proceso de punzonado para la inserción del elemento puede ahora comenzar y se desarrolla entonces conforme a la Figura 17.

Aunque no se muestra en la Figura 18, la disposición está organizada de manera que el punzón interior 848 no puede moverse hacia abajo más allá de lo que se muestra en la Figura 18C. Esto puede impedirse por ejemplo porque la parte superior del punzón interior 848 está provista de una cabeza que en la posición "más profunda" según la Figura 18C ha llegado a hacer apoyo en la parte exterior 842 del punzón. La fuerza total de la prensa ahora se transmite a través del punzón interior 848 sobre el extremo frontal 829 del elemento funcional 810 y a través del punzón exterior 842 y los segmentos 904 a la rosca 812 del elemento funcional. De esa manera se asegura que la rosca no pueda ser dañada, puesto que está alojada con ajuste de forma dentro de los sectores roscados complementarios de los segmentos 904 y se asegura también que el cilindro roscado no pueda ser recalcado. Si la parte de vástago 814 del elemento funcional tuviera que configurarse hueca, el saliente cilíndrico 931 del punzón interior 848 podría realizarse correspondientemente y extenderse dentro del taladro interior de la parte de vástago a través de un talón anular (no mostrado) que presiona en el extremo frontal 829 del elemento funcional 810, de manera que las fuerzas de prensado puedan ser transmitidas sobre el elemento funcional 810, sin que sea de temer un dañado de este elemento debido a la compresión de la pared de la parte de vástago hueca, puesto que ésta está apoyada por el saliente prolongado del punzón interior.

Debe manifestarse en este punto que la cantidad de segmentos 904 no está limitada a tres. El número mínimo que es necesario para llevar a cabo esta forma de realización es dos, pero pueden llegar a emplearse también tres, cuatro o más de tales elementos, debiendo preferentemente preverse para cada elemento un respectivo pasador 928 con muelle de precarga 926.

Los extremos inferiores de los segmentos 904, en caso de que se desee, pueden ser provistos de protuberancias 956, que forman en conjunto el resalte de punzón 756 según la Figura 17.

Tras la fijación del elemento funcional 810 con arreglo a la sucesión de dibujos de la Figura 17 la prensa se abre de nuevo, ejerciendo el prensachapas bajo la acción de los muelles una fuerza sobre la pieza de chapa con el elemento funcional colocado, la cual es suficiente para arrastrar hacia abajo los segmentos 904 a la posición según la Figura 18B, para dejar libre la parte de vástago 814. Puesto que la tensión elástica de los muelles 926 es pequeña, con la apertura de la prensa se produce la liberación del elemento funcional, sin dañar el respectivo elemento funcional 810 colocado en ese momento.

Tras la liberación del elemento funcional 810 colocado en ese momento la apertura de la prensa lleva a que el punzón exterior 842 precargado hacia abajo mediante fuerza de resorte sea empujado hacia abajo, mientras que el punzón interior 848 es arrastrado hacia arriba hasta que alcanza la posición inicial, en la cual el lado frontal inferior del punzón interior 848 ha alcanzado la altura del límite superior del paso 888, por lo que un nuevo elemento es introducido en el conducto 886 del punzón mediante la presión en la dirección 890 de la flecha. El ciclo de trabajo empieza entonces de nuevo con una nueva pieza de chapa y con un nuevo elemento funcional 810, precisamente el elemento funcional que se encuentra ahora en el conducto 886 del punzón.

En el caso de la disposición de útiles puede tratarse de una estación de un útil combinado progresivo, en el cual se hace pasar una tira de chapa a través de varias estaciones para la realización de diversas operaciones. La disposición de útiles también puede emplearse sin embargo en una prensa de punzonar, que por cada carrera sólo realice una fase de trabajo individual. Asimismo es posible la fijación de la disposición de útiles en un robot o en otro tipo de útil.

Los elementos funcionales según el presente invento no están pensados sólo para la aplicación con simples piezas de chapa, sino que también pueden emplearse con una serie de otras piezas de construcción, que pueden entenderse como piezas de construcción compuestas.

En el caso de tales piezas de construcción se trata frecuentemente de piezas de construcción frágiles o flexibles, que se componen de un material que contiene espacios huecos o poros y con frecuencia se presentan como material compuesto. Como ejemplo pueden citarse los siguientes materiales que se emplean para la fabricación de piezas de construcción, especialmente de piezas de construcción frágiles o flexibles, que pueden ser equipadas según el invento con elementos funcionales:

Espumas Metálicas

Se trata aquí de materiales metálicos altamente porosos, cuyo tamaño y distribución de poros son definidos de forma regulable en el proceso de fabricación y que son interesantes para una amplia gama de aplicaciones posibles. Tales espumas metálicas ofrecen entre otras cosas para una multiplicidad de piezas de construcción ahorros de material y de peso y por lo tanto también ahorros de costes. Pueden absorber energía de choque mediante deformación progresiva y por eso pueden emplearse por ejemplo para piezas que absorben energía, por ejemplo para piezas de construcción de vehículos que en caso de accidentes deban absorber energía de choque para la protección de los ocupantes. Además tienen excelentes propiedades de amortiguación, de manera que pueden absorber o atenuar bien ondas sonoras y vibraciones mecánicas.

Son conocidas entre otras espumas metálicas de aluminio y de magnesio así como espumas metálicas de acero. Son conocidos diferentes procedimientos de fabricación que pueden emplearse para la producción de tales espumas metálicas. Por ejemplo puede mezclarse polvo metálico con un compuesto químico, que posteriormente en un tratamiento térmico provoca la generación de espuma del metal. En el punto de fusión del metal se libera gas, que produce la formación de espuma. De esta manera está conseguido ya producir espumas de aluminio que presentan una proporción de gas de hasta el 97%. También se pueden fabricar con este procedimiento espumas de acero. El procedimiento es aplicable para un amplio espectro de elementos y aleaciones. Existe también la posibilidad de fabricar estructuras metálicas de esferas huecas, por ejemplo esferas huecas de acero.

Para la fabricación de espumas de magnesio con hasta el 60% de proporción de gas es conocido incluir, en un proceso de la técnica de fundición, esferas huecas cerámicas de pared delgada en una matriz de magnesio, en lo cual también se emplean y son elegibles libremente aleaciones de magnesio.

Según la aleación de la matriz tales materiales activos pueden ser más rígidos y frágiles o bien más blandos y dúctiles que la aleación de partida.

Tras la fabricación de las espumas éstas están provistas frecuentemente de una corteza de colada, que se elimina o se alisa con un material de relleno. Las espumas con una corteza de colada, que dado el caso está rellenada con un material de relleno, forman un tipo de estructura de sándwich.

Estructuras de Sándwich con Espumas Metálicas

Para la producción de materiales compuestos en forma de una estructura de sándwich con un núcleo a partir de una espuma metálica pueden elaborarse las espumas metálicas arriba descritas con o sin corteza de colada y ser provistas de capas de cubierta superiores y/o inferiores de chapa o plástico respectivamente.

Mediante la aplicación de estratos o capas sobre el núcleo pueden obtenerse propiedades como resistencia al rayado, bajo o alto rozamiento, resistencia a la corrosión así como propiedades de desgaste favorables. Las correspondientes piezas de construcción o eventuales capas de cubierta existentes pueden ser recubiertas mediante todos los procedimientos de recubrimiento conocidos, es decir, ser provistas de recubrimientos galvánicos, recubrimientos de esmalte o recubrimientos realizados mediante el procedimiento DFV (Deposición Física de Vapor), entre otros. En el caso de la provisión de capas de chapa sobre un núcleo que se compone de material de espuma las capas de chapa pueden pegarse o unirse sobre el núcleo de espuma metálica, para lo cual entran también en consideración procedimientos de soldadura con estaño y soldadura fuerte. Para capas de cubierta de plástico se emplean normalmente adhesivos para conseguir la sujeción al núcleo.

Otro procedimiento para la producción de estructuras de sándwich consiste en proveer, totalmente o por zonas, de un núcleo de espuma metálica a perfiles huecos de metal o plástico, por ejemplo en forma de perfiles extruidos por medio de prensas de extrusión. Esto puede efectuarse mediante la introducción de tiras alargadas de espuma metálica, dado el caso con un pegado superficial de la espuma metálica en el perfil o mediante la generación de espuma de mezclas de material metálico/material espumante en el perfil hueco. También pueden proveerse perfiles abiertos o piezas de chapa conformadas de un forro de espuma metálica (forro de una capa de espuma metálica o de varias capas de espuma metálica) y luego cubrirse con una tira o perfil de protección, la cual o el cual se sujeta en la zona de borde con el perfil abierto mediante soldadura, remachado, pegado o de otro modo. En lugar de espumas metálicas también pueden emplearse en tales estructuras compuestas espumas de plástico u otros materiales. Un empleo concreto de tales perfiles rellenados con espuma metálica o diversos materiales de relleno lo representa la aplicación como poste B de un automóvil, que puede ser fabricado mediante el rellenado de un perfil prefabricado, dado el caso con conformación acto seguido mediante curvado o prensado.

Mediante el rellenado por secciones de tales perfiles pueden regularse las propiedades mecánicas deseadas. Por ejemplo en una zona puede obtenerse la deseada rigidez o resistencia al pandeo, y en otra zona la deformación deseada, por ejemplo en caso de un accidente.

Otras Estructuras de Sándwich

Entran en consideración también materiales compuestos que se componen de un núcleo con una estructura en panal y de capas de cubierta superiores y/o inferiores, pudiendo estar compuestas las capas de cubierta de chapa o de placas de plástico. La estructura en panal puede componerse de metal, de láminas de metal o de cartón o papel o de plástico o de celulosa o lignocelulosa.

Materiales con Característica de Rotura Frágil

Tales materiales comprenden entre otros piezas de fundición de por ejemplo magnesio, aleaciones de magnesio y plásticos termoestables con y sin materiales de relleno. Tales materiales pueden asimismo emplearse para piezas de construcción, que son equipadas según el invento con disposiciones de elementos funcionales.

Otros Materiales u Otras Construcciones de Piezas de Construcción

También entran en consideración para las piezas de construcción ensambladas según el invento piezas de construcción de plástico, piezas de construcción de madera o planchas de aglomerado de viruta o similares, debiendo considerarse estos materiales normalmente como flexibles, puesto que con las fuerzas que predominan en la fabricación de una unión remachada normalmente ceden de manera evidente.

También puede pensarse en otros materiales compuestos especiales, que se componen de una combinación de uno o varios de los materiales arriba citados, por ejemplo disposiciones de varias capas, que se componen de varias capas unidas unas a otras, por lo que por ejemplo pueden montarse piezas de construcción más gruesas o piezas de construcción con formas más complejas.

Las Figuras 19 y 20 muestran dos posibilidades de cómo puede emplearse un elemento funcional 1010 según el invento con una pieza de construcción compuesta 1030.

La Figura 19 muestra el elemento funcional 1010 en estado inicial en una sección media sobre el lado izquierdo del eje longitudinal central 1024, estando configurada la otra mitad del elemento funcional 1010 simétricamente sobre el otro lado del eje longitudinal central 1024, con excepción de la rosca, que naturalmente forma con la mitad de la rosca mostrada un cilindro roscado continuo.

Es aquí diferente de las formas de realización anteriores el que entre la parte de vástago 1014 y la parte de cabeza 1016 está prevista una pestaña 1011 y como aquí se muestra lleva de forma preferente protuberancias 1013, que sirven como aseguramiento adicional contra el giro. La parte de pestaña 1011 con las características de aseguramiento contra el giro 1013 puede ser suprimida en caso de que se desee, pero aquí proporciona una fijación más estable del elemento funcional 1010 en la pieza de construcción compuesta 1030. La pieza de construcción compuesta 1030 puede presentar una de las configuraciones que están indicadas arriba para piezas de construcción compuestas.

Antes de la fijación del elemento funcional la pieza de construcción compuesta se prepara como está mostrado sobre el lado izquierdo del eje longitudinal central 1024.

Se observa que en la pieza de construcción 1030 se ha practicado un taladro 1031 con una pared cilíndrica circular y que la capa superior 1033 de la pieza de construcción compuesta 1030 ha sido conformada para formar una concavidad 1035 en forma de cazoleta. El taladro 1031 puede practicarse mediante un proceso de taladrado o mediante un proceso de punzonado, mientras que la cazoleta 1035 normalmente se elabora mediante una fase de punzonado, por ejemplo en una prensa de punzonar. Si tanto el taladro 1031 como la cazoleta 1035 se elaboran mediante punzonado, esto puede realizarse en una fase por medio de un útil de punzonar configurado adecuadamente. La cazoleta 1035 tiene una forma que es similar a la de la parte de pestaña 1011.

En la fijación del elemento funcional, lo que se puede realizar con ayuda de una matriz correspondiente a la Figura 2, se ha producido una unión con ajuste de forma entre la parte de cabeza hueca 1016 del elemento funcional 1010 y la capa inferior 1039 de la pieza de construcción compuesta 1030 que por la forma es muy similar a la de la Figura 5, en el sentido de que la parte de cabeza hueca 1016 en la zona de su extremo frontal ha sido conformada en forma de un reborde de remachado 1037 que viene a situarse por debajo de la capa inferior 1039 de la pieza de construcción compuesta 1030 y de que la zona de la parte de cabeza hueca 1016 por encima de esta capa inferior 1039 ha sido conformada en forma de un plegado anular 1052, que con el reborde de remachado 1037 configura una ranura anular en forma de U en la cual se ha alojado la zona de borde de la capa inferior 1039, que hasta ahora también definía el taladro 1031. Se observa sin embargo también que el plegado anular 1052 no está tan totalmente acuñado como la pestaña anular 52 en la forma de realización de la Figura 5, lo cual se comprende, puesto que en el caso de esta forma de realización no es posible cargar esta zona con un punzón exterior.

Además en esta forma de realización falta un botón de punzonado, puesto que la pieza de construcción compuesta 1030 aquí fue taladrada previamente. En otras palabras, el extremo frontal inferior del elemento funcional 1010 en la Figura 19 no ha perforado a través de la capa inferior 1039 punzonando por sí mismo. Puesto que aquí no se forma ningún botón de punzonado, no es necesario realizar el rebaje anular redondeado o superficie de arrollamiento de la matriz tan profundo como se muestra con 36 en la Figura 2.

Puesto que la pieza de construcción compuesta 1030 se apoya desde abajo sobre una matriz, y el elemento funcional 1010 es empujado desde arriba hacia abajo por un punzón, las protuberancias y características 1013 previstas para el aseguramiento contra el giro son estampadas en el lado de arriba de la capa superior de la pieza de construcción compuesta 1030 en la zona de la cazoleta 1035. Tras la fijación del elemento funcional el lado de arriba 1041 de la parte de pestaña 1011 está aproximadamente enrasado con el lado superior, en la Figura 19, de la capa superior 1033 de la pieza de construcción compuesta 1030. El material del núcleo de la pieza de construcción compuesta 1030 está deformado en la zona del plegado anular 1052 y de la ranura anular en forma de U 1053 en correspondencia al desarrollo del plegado anular y de la capa inferior 1039.

Si no está prevista una parte de pestaña 1011, es innecesaria una cazoleta 1035 y la pieza de construcción 1030 preparada presenta entonces sólo un taladro cilíndrico, debiendo presentar la abertura circular en la capa superior preferentemente al menos en esencia el mismo diámetro que el diámetro exterior de la parte de cabeza hueca 1016.

La Figura 20 muestra una forma de realización ligeramente modificada en comparación con la Figura 19. Aquí en efecto la pieza de construcción 1030 se prepara asimismo mediante la elaboración de un taladro cilíndrico 1031, pero este taladro 1031 termina inmediatamente por encima de la capa inferior 1039 de la pieza de construcción compuesta 1030. Tampoco aquí se ha elaborado ninguna cazoleta 1035 en la capa superior 1033 de la pieza de construcción compuesta 1030. El diámetro del taladro 1031 corresponde, como también en la forma de realización según la Figura 19, al menos en esencia al diámetro exterior de la parte de cabeza hueca 1016 del elemento funcional 1010, que aquí es idéntico al correspondiente elemento 1010 de la Figura 19.

En esta forma de realización el extremo frontal inferior del elemento funcional 1010 está provisto de características de punzón, que en cooperación con una correspondiente matriz (aproximadamente conforme a la matriz de la Figura 2) produce el punzonado de un botón de punzonado 1050, en lo cual, por medio de un poste central de la matriz dispuesto más alto, este botón de punzonado 1050 es empujado hacia dentro en esta parte de cabeza hueca 1016 hasta la zona de la pared transversal 1022 de la parte de cabeza hueca 1016.

La unión con ajuste de forma en la zona del reborde de remachado 1037 se realiza entonces en principio idéntica a la de la configuración según la Figura 19, sólo que aquí el plegado anular 1052 se apoya adicionalmente sobre el lado interno mediante el botón de punzonado 1050.

Puesto que no está prevista ninguna cazoleta 1035 en la capa superior 1033 de la pieza de construcción compuesta 1030, el lado inferior de la parte de pestaña 1011 del elemento funcional se apoya sobre el lado de arriba de la capa superior 1033. Éste es presionado hacia dentro sólo un poco, sobre todo en la zona de las protuberancias o características de aseguramiento contra el giro 1013, para producir precisamente el necesario aseguramiento contra el giro. En ambos ejemplos la pieza de construcción compuesta 1030 queda bajo una determinada compresión entre la parte de pestaña 1011 y el reborde de remachado 1037, lo que favorece la calidad y estabilidad de la unión.

Los elementos funcionales aquí descritos pueden por ejemplo fabricarse de todos los materiales que alcancen la clase de resistencia 5.6. Tales materiales metálicos son normalmente aceros al carbono con 0,15 a 0,55% de contenido en carbono.

En todas las formas de realización pueden también citarse como ejemplo para el material de los elementos funcionales todos los materiales que en el marco de la deformación en frío alcancen los valores de fijación de la clase 8 según norma ISO, por ejemplo una aleación 35B2 según DIN 1654. Los elementos de sujeción así formados son apropiados entre otros para todos los materiales de acero comerciales para chapas de acero de embutición como también para aluminio o sus aleaciones. También pueden utilizarse aleaciones de aluminio para los elementos funcionales, en particular aquellas con mayor resistencia, por ejemplo la AlMg5.

Los ensayos realizados hasta ahora han demostrado que en caso de empleo del material 35B2 la relación de los espesores de pared radiales de la parte de cabeza con respecto al diámetro exterior de la parte de cabeza se sitúa en el intervalo entre 0,15 hasta 0,2. Puede pretenderse obtener valores más altos, puesto que éstos aumentan las fuerzas de rotura o las fuerzas de extracción. Debe quedar asegurado sin embargo que las fuerzas de compresión no llevan a una deformación inadmisible. En el caso de un diámetro de 8 mm se ha mostrado favorable un espesor de pared radial de 1,2 mm.

Claims

1. Disposición de punzones (643; 843) para el empleo con un elemento funcional (610; 810) con una parte de vástago (614; 814) que presenta características de forma y una parte de cabeza (616; 816), con

- una parte exterior (642; 842), y

- un punzón interior (648; 848), que en relación a la parte exterior está dispuesto desplazable dentro de un conducto (886) del punzón de la parte exterior (642; 842) que presenta un eje longitudinal entre una posición de alojamiento para el elemento funcional (610; 810) y una posición de inserción para el elemento funcional (610; 810), pudiendo el elemento funcional en la posición de alojamiento ser introducido preferentemente desde el lado en el conducto (886) del punzón,

caracterizada porque

la parte exterior (842) está configurada como punzón exterior,

porque en la posición de inserción la parte de cabeza (616; 816) del elemento funcional sobresale fuera de la disposición de punzones (643; 843), y

porque están previstos al menos dos segmentos (904) soportados por el punzón exterior, precargados radialmente hacia dentro en dirección al eje longitudinal (624; 824'), que están diseñados para el acoplamiento con ajuste de forma en las características de forma de la parte de vástago (614; 814) del elemento funcional y en un lado interior (908) presentan características de forma, que mediante un movimiento radial apartándose del eje longitudinal permiten un movimiento de la parte de vástago del elemento funcional pasando por delante de las características de forma de los segmentos y que pueden moverse entre una posición abierta retirada de la parte de vástago (614; 814) del elemento funcional y una posición cerrada para la transmisión de fuerzas axiales prevista para unir el elemento funcional en acoplamiento con las características de forma de la parte de vástago (614; 814).

2. Disposición de punzones según la reivindicación 1, caracterizada porque

el punzón exterior presenta una parte superior (894) y una parte inferior (892) fijada a la parte superior, estando prevista en la parte inferior (892) una concavidad cónica (898) dispuesta concéntrica con respecto al eje longitudinal (824') de la disposición de punzones y presentando los segmentos (904) superficies cónicas correspondientes (920), porque los segmentos están precargados hacia arriba en dirección de la parte superior (894) contra ésta mediante respectivos empujadores (928) precargados por resorte colocados preferentemente inclinados con respecto al eje longitudinal (824') de la disposición de punzones y en esta posición pueden acoplarse con sus características de forma en las (812) del elemento funcional (810) empujado hacia delante bajo la presión del punzón interior (848), y porque por medio de una fuerza de arrastre ejercida sobre el elemento funcional, que extrae a éste fuera del conducto del punzón y de los segmentos, los empujadores (928) pueden ser empujados hacia atrás y se mueven contra la concavidad cónica (898) de la parte inferior y con ello a la posición abierta para la liberación del elemento funcional.

3. Disposición de punzones según la reivindicación 2, caracterizada porque

la parte superior (894) del punzón exterior (842) presenta una concavidad cónica (900) para el centrado de los segmentos (904), la cual asimismo está dispuesta concéntrica con respecto al eje longitudinal (824') de la matriz, y porque los segmentos (904) presentan otras superficies cónicas (914), que en la posición cerrada se acoplan con ésta (900).

4. Disposición de punzones (643, 843) según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

los segmentos (904) presentan en sus extremos protuberancias (656; 956), que forman un resalte de punzón.

5. Disposición de punzones (643; 843) según la reivindicación 1,

caracterizada porque

están previstos tres, cuatro o más segmentos (904).

6. Disposición de punzones (614) según la reivindicación 1, caracterizada porque

la parte de vástago (614) presenta un espacio interior hueco y la disposición de punzones presenta un punzón interior (648) que puede introducirse en el espacio interior hueco.

7. Disposición de punzones (643) según la reivindicación 6, caracterizada porque

el punzón interior (648) presenta un saliente (649) en forma de espiga, con un diámetro correspondiente a un diámetro interior (651) de la parte de vástago hueca (614), pasando el saliente (649) a la parte superior del punzón interior a través de un talón anular (653), que puede presionar sobre un extremo frontal anular (629) de la parte de vástago (614).

8. Disposición de punzones (643; 843) según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

la parte de vástago presenta en la parte exterior un cilindro roscado (612) y los segmentos (904) en sus superficies interiores radiales (908) están provistos de una forma (659) que se adapta al cilindro roscado (612; 812).

9. Disposición de punzones según la reivindicación 1, caracterizada porque

el punzón exterior (642; 842) comprende al menos dos segmentos (904) desplazables radialmente, que para la introducción del elemento (610; 810) pueden moverse apartándose radialmente del eje longitudinal (624; 824').